Yerçekimi Borusu - Gravity Pipe
Gravity Pipe (kısaltılmış GRAPE ), yerçekimi hesaplamalarını gerçekleştirmek için donanım hızlandırmayı kullanan bir projedir . Beowulf tarzı ticari bilgisayarlarla entegre olan GRAPE sistemi , bir yıldız gibi belirli bir kütlenin diğerlerine uyguladığı yerçekimi kuvvetini hesaplar . Proje Tokyo Üniversitesi'nde bulunmaktadır .
GRAPE donanım hızlandırma bileşeni, kuvvet hesaplamasını , yerçekimi modelinin en içteki döngüsü olarak paralelleştirilmiş bir kümede bir düğüm görevi gören genel amaçlı bilgisayara "boru" olarak kullanır.
Kısaltılmış adı GRAPE, Apple Inc. bilgisayar serisine kasıtlı bir referans olarak seçildi .
Yöntem
GRAPE donanımındaki birincil hesaplama, simülasyondaki belirli bir yıldız ile diğer tüm yıldızlar arasındaki kuvvetlerin toplamıdır. Çeşitli versiyonlar (GRAPE-1, GRAPE-3 ve GRAPE-5) iki yıldız arasındaki yaklaşık kuvveti hesaplamak için boru hattındaki logaritmik sayı sistemini (LNS) kullanır ve x , y ve z bileşenlerini toplamadan önce antilogaritmasını alır. karşılık gelen toplamları. GRAPE-2, GRAPE-4 ve GRAPE-6 , bu tür kuvvetlerin daha doğru hesaplanması için kayan nokta aritmetiği kullanır . Logaritmik-aritmetik sürümlerin avantajı, belirli bir donanım maliyeti için daha fazla ve daha hızlı paralel borulara izin vermeleridir, çünkü GRAPE algoritmasının toplam kısmı dışında tümü (giriş verilerinin karelerinin toplamının 1.5 gücü, giriş verilerine bölünür). ) LNS ile gerçekleştirmek kolaydır. GRAPE-DR, tümü SIMD tarzında çalışan çok sayıda basit işlemciden oluşur .
Uygulama
GRAPE , astrofizik ve gök mekaniği ile ilgilenen , tarihsel olarak zorlu n- cisim sorununa yaklaşık çözümler hesaplar . n , verilen bir problemdeki gök cisimlerinin sayısını ifade eder. 2 cisim sorunu 17. yüzyılda Kepler yasaları ile çözülürken , n > 2 olduğu herhangi bir hesaplama tarihsel olarak neredeyse imkansız bir meydan okuma olmuştur. Elde edilen seri pratik kullanım için çok yavaş yakınsamasına rağmen, n = 3 için analitik bir çözüm mevcuttur . İçin n > 2, çözeltileri, genel olarak, tüm partiküllerin arasındaki etkileşimi belirlemek sayısal olarak hesaplanır. Böylece, hesaplama n 2 olarak ölçeklenir .
GRAPE, etkileşimin r -2 olarak ölçeklendiği parçacıklar arasındaki etkileşimlerin hesaplanmasına yardımcı olur . Bu bağımlılık, hesaplama sürelerini önemli ölçüde iyileştirecek şekilde kabloludur. Bu problemler galaksilerin evrimini içerir (yerçekimi kuvveti r −2 olarak ölçeklenir ). Moleküler kimya ve biyolojide de benzer problemler vardır , burada göz önüne alınan kuvvet yerçekiminden ziyade elektriksel olacaktır.
1999'da Marsilya Gözlemevi , büyük bir gezegen gövdesine sahip proto-gezegenlerin ve plantessimallerin oluşumunu simüle etme üzerine bir çalışma yayınladı. Bu simülasyonda GRAPE-4 sistemi kullanılmıştır.
Ödüller
LNS tabanlı GRAPE-5 mimarisi , 1999'da Gordon Bell Ödülü'nün Fiyat Performansı kategorisini MegaFLOPS başına yaklaşık 7 $ ile kazandı . Bu kategori, belirli bir makinenin fiyat verimliliğini, megaFLOPS başına dolar cinsinden fiyat açısından ölçer. Özel uygulama "Grape-6" da 2000 ve 2001'de ödüller kazandı (dış bağlantılara bakın). Grape-DR, Green500.org tarafından yayınlanan , süper bilgisayarın birim güç tüketimi başına performansının bir sıralaması olan Haziran 2010 Küçük Green500 Listesi'nde ilk sırada yer aldı.
Ayrıca bakınız
- Gordon Bell Ödülü onuruna adlandırılmış, Gordon Bell tarafından yönetilmektedir Association for Computing Machinery .
- Süper bilgisayar ve Yüksek performanslı bilgi işlem , genel konuyla ilgili ana makalelerdir.
- graviteSimulator , 32 GRAPE içeren bir kümedir.